JPH0244037B2 - - Google Patents

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JPH0244037B2
JPH0244037B2 JP57098606A JP9860682A JPH0244037B2 JP H0244037 B2 JPH0244037 B2 JP H0244037B2 JP 57098606 A JP57098606 A JP 57098606A JP 9860682 A JP9860682 A JP 9860682A JP H0244037 B2 JPH0244037 B2 JP H0244037B2
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JP
Japan
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uranyl
compound
mixture
amine
nuclear fuel
Prior art date
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Application number
JP57098606A
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Japanese (ja)
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JPS589090A (en
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Rorii Geinzu Junia Jooji
Jesuatsupu Waado Saado Uiriamu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
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Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPS589090A publication Critical patent/JPS589090A/en
Publication of JPH0244037B2 publication Critical patent/JPH0244037B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62Ceramic fuel
    • G21C3/623Oxide fuels
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21CNUCLEAR REACTORS
    • G21C3/00Reactor fuel elements and their assemblies; Selection of substances for use as reactor fuel elements
    • G21C3/42Selection of substances for use as reactor fuel
    • G21C3/58Solid reactor fuel Pellets made of fissile material
    • G21C3/62Ceramic fuel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/51Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on compounds of actinides
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

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  • Compounds Of Alkaline-Earth Elements, Aluminum Or Rare-Earth Metals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

「発明の分野」 本発明はセラミツク技術および非金属粉末の焼
結体の製造に関するもので、更に詳しく言えば、
新規な核燃料粉末と結合剤との混合物およびかか
る混合物から作られて特異な物理的性質を有する
未焼結体並びにかかる混合物およびそれの未焼結
体の新規な製造方法に関する。 「発明の背景」 ウラン、プルトニウムおよびトリウムのセラミ
ツク化合物をはじめとする各種の物質が原子炉用
の核燃料として使用されているが、とりわけ好適
な化合物は酸化ウラン、酸化プルトニウム、酸化
トリウムおよびそれらの混合物である。中でも、
原子炉用として特に好適な核燃料は二酸化ウラン
である。 二酸化ウランはかなり多孔質の微細な粉末とし
て商業的に生産されているが、これをそのまま核
燃料として使用することはできない。この粉末は
自由に流動し得る状態になく、凝塊や集塊を含ん
でいるため、燃料管中に所望の密度で充填するこ
とが困難である。 また、商業的に入手し得る二酸化ウラン粉末の
組成の点から見ても、それをそのまま核燃料とし
て使用することはできない。二酸化ウランは定比
例の法則の例外を成すものである。すなわち、二
酸化ウランは確かに単一の安定な相を作るが、そ
の組成はUO1.7からUO2.27にまで変わり得るので
ある。O/U比の増加に伴つて熱伝導率が低下す
るから、できるだけO/U比の低い二酸化ウラン
が好適である。しかるに、二酸化ウラン粉末は空
気中において容易に酸化しかつ容易に湿気を吸収
するから、かかる粉末のO/U比は核燃料用とし
て適格な値を著しく越えている。 二酸化ウランを核燃料用として適合させるため
幾つかの方法が使用されてきた。現在のところ、
最も普通の方法は粉末を所定寸法の円柱状圧縮体
に加圧成形することである。 ところで、焼結に先立つ粉末材料の圧縮体の製
造を容易にするために通例使用される各種の有機
結合剤またはプラスチツク結合剤は、核燃料に対
して応用することはできない。なぜなら、それら
は焼結体の内部を水素化物のごとき不純物で汚染
する傾向を示すからである。通常、このような結
合剤は焼結工程中に気体に転化するのであつて、
かかる気体は除去しなければならないから特別の
装置または操作が必要となる。また分解すると、
従来の結合剤は製品の焼結のために使用される装
置内に有機物質を沈着させるのが通例で、そのた
め装置の保守が面倒になる。更にまた、高分子物
質の熱分解をもたらす還元雰囲気中で焼成が行わ
れるため、従来の炭素含有結合剤は核燃料中に炭
素を残留させることにもなる。 このような従来技術の欠点は、本発明の場合と
同じ譲受人に譲渡された1977年12月6日付のガリ
バン(Gallivan)の米国特許第4061700号の発明
によつて著しく改善された。この発明に従えば、
炭酸ウラニルアンモニウム,重炭酸ウラニルアン
モニウムまたはカルバミン酸ウラニルアンモニウ
ムから成る結合剤を使用することにより、最終の
焼結工程に至るまでの取扱いおよび加工操作を通
じて圧縮体または未焼結体が団結状態に保たれ
る。更に詳しく述べれば、この発明に従つて圧縮
体または未焼結体を製造する際には、UO2の粒状
体をたとえば重炭酸アンモニウムと接触させるこ
とによつて約5%の炭酸ウラニルアンモニウムを
含有する均質な混合物が生成される。このような
混合物から製造された圧縮体の密度は、使用する
加圧力に応じて理論値の約30〜70%に相当する
が、時には90%に達することもある。たとえば湿
式冶金用プレスを使用するような通常の回分式加
圧成形作業によつて製造する場合、かかる圧縮体
は適格な製品を比較的高い収率で与えるのに十分
な強度を有する。しかしながら、回転式プレスに
よる連続作業の場合には、それに伴う加圧力条件
に圧縮体が十分に耐え得るとは言えない。 「発明の概要」 このたび本発明者等は、比較的大きい引張強さ
を有する核燃料圧縮体が一貫して製造可能である
ことを見出した。その上、このような結果は
20000ポンド/平方インチ(1406Kg/cm2)という
中程度の圧縮力の使用によつて得られることが判
明した。更にまた、かかる圧縮体は極めて大きい
引張強さまたは大きい引張強さと実質的な塑性と
の特異な組合せを有するため、回転式プレスの使
用を伴う連続作業においても高い収率で製造し得
ることが判明した。しかも、これらの利点は著し
いプロセスの複雑化や製品原価の増大および代償
としての顕著な欠点をもたらすことなしに達成さ
れるのである。 要するに本発明は、炭酸ウラニルアンモニウ
ム,重炭酸ウラニルアンモニウムまたはカルバミ
ン酸ウラニルアンモニウムを含有する核燃料に特
定の条件下でアミンを添加反応させ、それにより
粒子状核燃料物質用の結合剤として炭酸ウラニル
アンモニウムよりも有利な水溶性ウラニル化合物
を生成させるという着想に基づいている。好まし
くは、上記のアミンは多官能性の第一アミンであ
り、そして本発明の反応は前述の特許明細書中に
記載のごとくにして調製された核燃料物質の粒子
状混合物にかかるアミンを接触させることにより
実施される。個々の場合においてアミン添加量に
ほぼ比例した量のアンモニアが遊離されることか
ら考えると、上記の反応によつて生じる化合物は
元のウラニルアンモニウム化合物に対応したアミ
ンであると信じられる。いずれにせよ、最終的に
得られるのはたとえば回転式プレス作業による連
続生産にとつてより有効な結合剤である。 このような反応にとつて好都合な条件は、室
温、通常の湿度および大気圧から成る標準条件で
あることが判明した。とはいえ時には、とりわけ
アミンが室温下において固体である場合やアンモ
ニア遊離反応の速度があまりに遅い場合には、あ
る程度の加熱が好ましいこともある。 更にまた、アンモニアを完全に置換してより有
効な結合剤を生成させるために必要な量を越える
過剰のアミンは、得られる核燃料物質の未焼結圧
縮体の引張強さおよび塑性にとつて有害となり得
ることも判明した。たとえば、後述のごとき実例
について見ると、炭酸ウラニルアンモニウムを含
有する二酸化ウラン粉末に対して僅かに過剰のエ
チレンジアミンを添加することによつて得られた
圧縮体は、アミン添加を受けない同じ粉末の圧縮
体と同程度の塑性および引張強さしか示さなかつ
た。 本発明の方法面について一般的に述べれば、本
発明の方法はウラニルアンモニウム化合物をアミ
ンと反応させることによつて結合剤としての有効
性が実質的に向上した水溶性のウラニル化合物を
粒子状の混合物中にその場で生成させる工程を主
要工程として含んでいる。この工程は、粒子状の
混合物を加圧成形することにより核燃料ペレツト
としての寸法および形状を持つた焼結用の圧縮体
を形成する工程に先立つものである。この工程は
また、核燃料物質の個々の粒子の表面上に炭酸ウ
ラニルアンモニウムまたはそれの同等物が一様に
分布したような粒子状混合物あるいは粉末混合物
に液体、固体または気体状のアミンを接触させる
操作から成るものである。前述の通り、この場合
の作業条件はアンモニア置換反応にとつて好都合
なものとする。その結果、ウラニルアンモニウム
化合物中のアンモニアの少なくとも35%が遊離さ
れ、そしてウラニルアンモニウム化合物自体はア
ミンによつて置換されるものと想像される。本発
明の最良の実施態様に従えば、アミンの添加量は
アンモニア遊離の終了時において粉末混合物中に
未反応のアミンが実質的に残留しないようなもの
とする。 同様に本発明の物質組成面について一般的に述
べれば、本発明の粒子状核燃料物質は炭酸ウラニ
ルアンモニウム,重炭酸ウラニルアンモニウムま
たはカルバミン酸ウラニルアンモニウムとは異な
る少量の水溶性ウラニル化合物を含有した核燃料
物質の粉末混合物から成るものである。かかる少
量成分は粉末混合物の圧縮体に対する優れた結合
剤として役立つもので、たとえば炭酸ウラニルア
ンモニウムとアミンとの反応生成物から成り、か
つ、約0.5〜7%の割合で存在する。それはまた、
前述の通り、多官能性の第一アミンまたはそれの
2種以上の混合物から誘導されたものであること
が好ましい。 次に本発明の製品面について簡単に述べれば、
本発明の製品は、炭酸炭酸ウラニルアンモニウ
ム,重炭酸ウラニルアンモニウムまたはカルバミ
ン酸ウラニルアンモニウムよりも結合剤として優
れた少量の水溶性ウラニル化合物によつて結合さ
れた粒子状の核燃料物質(たとえばUO2)から成
るペレツト状の未焼結圧縮体である。前述の通
り、かかる圧縮体は上記の水溶性ウラニル化合物
を約0.5〜7%の割合で含有し、しかもその水溶
性ウラニル化合物は多官能性の第一アミンから誘
導されたものであることが好ましい。本発明の最
良の実施態様に従えば、原料となる粒子状核燃料
物質の場合と同じく、かかる圧縮体は未反応の残
留アミンを実質的に含有しないものとする。 以下、添付の図面を参照しながら本発明を一層
詳しく説明しよう。 「発明の詳しい説明」 本発明の実施に当つては、第1図の工程系統図
に示されるごとく、炭酸ウラニルアンモニウムを
含有するUO2粉末混合物が調製される。その際に
は、粉末中に一様に分布した所望の生成物を得る
ための反応にとつて有利な条件下で粉末にアンモ
ニア、二酸化炭素および水蒸気を接触させること
により、その場で炭酸ウラニルアンモニウムを生
成させることが好ましい。こうして得られた混合
物を本明細書中では「処理粉末」と呼ぶ。あるい
はまた、図中の点線で示された経路に従い、微粉
状の重炭酸アンモニウムを添加してから両粉末を
十分に混和することによつて所要含量の結合剤を
得ることもできる。最高10日の期間後には、UO2
粉末と添加した重炭酸アンモニウムとの反応によ
つて炭酸ウラニルアンモニウム結合剤が得られ
る。すなわち、標準的な温度、圧力および湿度条
件(26℃、大気圧、相対湿度74%)の下では重炭
酸アンモニウムがアンモニア、二酸化炭素および
水蒸気に分解し、次いでそれらがUO2と反応して
UO2粒子の表面上に炭酸ウラニルアンモニウムを
生成するのである。本プロセス中の工程において
は、こうして得られた混合物が結合剤中のアンモ
ニアをアミンで置換するための反応にとつて有利
な条件下において適当なアミンと接触させられ
る。この工程こそ本プロセス中の新規かつ主要な
工程であつて、前述のごとき新規な結果および利
点を一貫して達成するためには不可欠なものであ
る。かかる目的のためには、1,3―ジアミノプ
ロパンを使用することが好ましい。これは液体ま
たは気体あるいは更に固体としても添加すること
ができるが、好適な実施態様に従えば液体として
使用される。固体として添加する場合には、アミ
ンを凍結してから微細な粉末に粉砕し、次いで両
粉末を十分に混和すればよい。アミンの温度の上
昇に伴つて置換反応が開始するが、これは混合物
からのアンモニア発生によつて明らかとなる。別
法として、アミンを蒸発させて粉末中に拡散さ
せ、それによりアンモニウム化合物と反応させて
アンモニアを遊離させることもできる。 本発明の好適な実施態様に従えば多官能性の第
一アミンが単独で使用されるが、その他のアミン
類も使用可能であり、またアミン類の混合物も本
発明の目的に適することを了解されたい。同様
に、1,3―ジアミノプロパンが好都合であると
はいえ、商業的な入手可能性やその他の実用上の
理由から見て別のアミン類が好適となる場合もあ
り得る。現時点において特に好適な代用アミン類
としては、エチレンジアミン、モノメチルアミ
ン、1,6―ジアミノヘキサンおよび1,7―ジ
アミノヘプタンが挙げられる。ほとんどのアミン
類については、実施者はそれの使用形態を随意に
選択することができる。しかるにモノメチルアミ
ンの場合には、室温下において気体であるため、
別法を使用することは容易でない。同様に、1,
6―ジアミノヘキサンや1,7―ジアミノヘプタ
ンは室温下において固体であり、そのために気体
として使用することは容易でない。 第2図中の曲線BおよびCによつて示されるご
とく、1,3―ジアミノプロパンは顕著に優れた
ペレツト特性を与える。それはまた、標準状態下
において迅速に反応してアンモニアの置換をもた
らすことにより、第1図の工程系統図中の実線お
よび点線でそれぞれ示される選択可能な予備工程
から得られる処理粉末またはUO2粉末―結合剤混
合物の初期ウラニルアンモニウム化合物含量にほ
ぼ比例した量の優れた結合剤を生成する。曲線
A、BおよびCによつて示されるデータは各々の
場合における粉末混合物を20kpsi(1406Kg/cm3
で加圧成形して得られたものであり、また標準的
な核燃料ペレツトの形態を成す各圧縮体の引張強
さは通常の方法によつて測定された。更に詳しく
述べれば、曲線Bは本発明に従つて曲線Aの粉末
を処理して結合剤中のアンモニアの約40〜45%を
1,3―ジアミノプロパンで置換することにより
製造されたペレツトの試験に際して得られたデー
タを表わしている。また、曲線Cは70〜80%のア
ンモニアを同じアミンで置換することによつて曲
線Aの粉末から製造されたペレツトの引張試験に
おいて得られたデータを表わしている。曲線A,
BおよびCによつて表わされる結果を比較すれば
わかる通り、本発明に従つて75%のアンモニアを
置換すると曲線Aの非置換製品に比べて引張強さ
が3倍に増大し、また45%のアンモニアを置換す
ると同じ特性が2倍以上に増大する。更にまた、
アミン反応の相対的な効果は、ガス(CO2
NH3,H2O)処理によつて生成される量と同じ
量の炭酸ウラニルアンモニウムを生成するために
添加すべき重炭酸アンモニウムの量である等価重
炭酸アンモニウム含量の低い範囲において僅かに
大きくなつている。このようにして処理された
UO2粉末から製造されたペレツトについてアミン
添加後37日目まで試験した限りでは特性の変化は
認められなかつたが、その時点以後の試験は行つ
ていない。なお、本プロセスの開始時における
UO2粉末の組成およびそれの調製方法について
は、前述のごときガリバンの特許明細書中に見ら
れる詳細な説明に従うことが有利である。この特
許明細書のうちで上記の問題を取扱つている部分
は引用によつて本明細書中にそのまま併合される
ものとする。 更にまた、核燃料物質について述べる場合、本
明細書中において使用される用語や表現は前述の
ごときガリバンの特許明細書中で一般的および詳
細に定義された通りのものであることも了解され
たい。 本発明の新規な特徴および利点を一層詳しく説
明するため以下に実施例を示すが、それらによつ
て本発明の範囲が限定を受けることはない。 実施例 1 20時間にわたり、500gのUO2粉末中のアンモ
ニア、二酸化炭素、水蒸気および酸素を流した。
かかる作業中の周囲条件は26℃の温度、74%の湿
度、および大気圧に維持された。また、ガス流量
はほぼ一定であつて、アンモニア、二酸化炭素お
よび酸素に関する値はそれぞれ0.12、0.09および
4.6/分であつた。 上記作業の終了時、粉末の重量は炭酸ウラニル
アンモニウムの生成のために4.8%だけ増加した
ことが判明した。同じ量の炭酸ウラニルアンモニ
ウムを生成させるには、6.0%の重炭酸アンモニ
ウムを添加してから最高10日間にわたつて熟成さ
せればよい。従つて、本実施例における等価重炭
酸アンモニウム含量は6.0%である。このように
処理された粉末を密閉容器中に2.5ケ月間貯蔵し
た後、その粉末から製造されたペレツトの引張強
さは200psi(14Kg/cm3)であると推定された。こ
の値は、本実施例において実測したものではな
く、同様な処理および熟成後の粉末から製造され
たペレツトの引張強さを実測することによつて得
られたものである。 次に、かかる粉末中にエチレンジアミンの蒸気
を通した。すなわち、純粋なエチレンジアミン中
に22℃で毎分1の酸素を通し、次いでその酸素
を3.5時間にわたつて500gの処理粉末中に流し
た。その後、5分間にわたつて毎分1の純粋な
酸素を流すことにより、処理粉末中から未反応の
エチレンジアミンを除去した。かかる(操作)の
後、処理粉末の重量は0.85%だけ増加したことが
判明した。こうして得られた粉末を20kpsi(1406
Kg/cm3)で加圧成形することによつて製造された
ペレツトの引張強さは333psi(23.4Kg/cm3)であ
ることが判明した。 実施例 2 実施例1に記載したような条件下において、1
KgのUO2粉末を18時間にわたりアンモニア、二酸
化炭素、水蒸気および酸素で処理した。その結
果、処理粉末の重量は3.6%だけ増加し、また処
理粉末を20kpsi(1406Kg/cm3)で加圧成形するこ
とによつて製造されたペレツトは152psi(10.7
Kg/cm3)の引張強さを有していた。 熟成を行うことなく、実施例1と同じ手順によ
り200gの上記処理粉末にエチレンジアミンの蒸
気を通した。その結果、1.23%の重量増加が見ら
れた。こうして得られた粉末を20kpsiで加圧成形
することによつて製造された標準寸法および形状
のペレツトは、約366psi(25.7Kg/cm3)の引張強
さを有していた。 上記の2つの実施例において使用した元のUO2
粉末(すなわち未処理のUO2粉末)を20kpsiで加
圧成形したところ、約35psi(2.5Kg/cm3)の引張
強さを有するペレツトが得られた。従つて、アン
モニア、二酸化炭素、水蒸気および酸素による同
時処理並びにエチレンジアミンによる処理の結
果、得られる未焼結ペレツトの引張強さは約10倍
に増大したことになる。 実施例 3 本発明の方法における液体状のアミンの有用性
を試験するための実験として、実施例1に記載の
ごとくにして調製された50gのUO2粉末に液体状
のエチレンジアミンを1/2cm3ずつ4回にわたつ
て添加した。かかる混合物を激しく撹拌したとこ
ろアンモニアガスの発生が認められたが、それは
数分以内に終了した。添加したエチレンジアミン
1モルに対し0.86モルのアンモニアが遊離され
た。こうして得られた粉末を加圧成形してから通
常の方法によつて測定したところ、300psi(21.1
Kg/cm3)を越える引張強さが見られた。 実施例 4 本発明の方法において1,3―ジアミノプロパ
ンが特に有用であることを証明するため、実施例
1に記載のごとくにして調製されたUO2粉末に液
体状の1,3―ジアミノプロパンを添加する実験
を行つた。すなわち、実施例2において述べたご
とく、50gのUO2粉末に1,3―ジアミノプロパ
ンを1/2cm3ずつ4回にわたつて添加した。5分
後、反応の完了したことがアンモニア発生の終了
によつて明らかとなつた。こうして得られた混合
物を20kpsi(1406Kg/cm3)で加圧成形することに
よつて製造されたペレツト状の圧縮体について試
験を行つた。これらの試験の結果は後記B表中の
第5行に示されている。 実施例 5 実施例1の記載に従つて調製された粉末の経時
特性変化を3週間にわたつて試験した。こうして
得られた結果を下記A表に示す。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to ceramic technology and the production of sintered bodies of non-metallic powders, and more particularly:
The present invention relates to novel nuclear fuel powder and binder mixtures and green bodies made from such mixtures having unique physical properties, as well as novel methods of manufacturing such mixtures and green bodies thereof. BACKGROUND OF THE INVENTION Although a variety of materials have been used as nuclear fuel for nuclear reactors, including ceramic compounds of uranium, plutonium, and thorium, particularly preferred compounds are uranium oxide, plutonium oxide, thorium oxide, and mixtures thereof. It is. Among them,
A particularly suitable nuclear fuel for use in nuclear reactors is uranium dioxide. Uranium dioxide is commercially produced as a fine, highly porous powder, but it cannot be used directly as a nuclear fuel. Since this powder is not in a free-flowing state and contains agglomerates and agglomerates, it is difficult to pack it into the fuel tube at the desired density. Furthermore, due to the composition of commercially available uranium dioxide powder, it cannot be used directly as a nuclear fuel. Uranium dioxide forms an exception to the law of definite proportions. Thus, although uranium dioxide does form a single stable phase, its composition can vary from 1.7 UO to 2.27 UO. Since thermal conductivity decreases as the O/U ratio increases, uranium dioxide with as low an O/U ratio as possible is preferred. However, since uranium dioxide powder easily oxidizes in air and easily absorbs moisture, the O/U ratio of such powder significantly exceeds the value suitable for nuclear fuel use. Several methods have been used to adapt uranium dioxide for nuclear fuel use. at present,
The most common method is to press the powder into cylindrical compacts of predetermined dimensions. However, the various organic or plastic binders commonly used to facilitate the production of compacts of powdered material prior to sintering are not applicable to nuclear fuels. This is because they tend to contaminate the interior of the sintered body with impurities such as hydrides. Typically, such binders are converted to gas during the sintering process and are
Such gases must be removed, requiring special equipment or operations. If you disassemble it again,
Conventional binders typically deposit organic materials within the equipment used for sintering the product, making the equipment cumbersome to maintain. Additionally, conventional carbon-containing binders also leave carbon residue in the nuclear fuel because calcination is performed in a reducing atmosphere that results in thermal decomposition of the polymeric material. These deficiencies of the prior art have been significantly improved by the invention of Gallivan, US Pat. No. 4,061,700, issued December 6, 1977, assigned to the same assignee as the present invention. According to this invention,
By using a binder consisting of uranyl ammonium carbonate, uranyl ammonium bicarbonate, or uranyl ammonium carbamate, the compacted or green body remains cohesive throughout handling and processing operations up to the final sintering step. It will be done. More specifically, in producing compacted bodies or green bodies in accordance with the invention, UO 2 granules containing about 5% uranyl ammonium carbonate, for example, by contacting with ammonium bicarbonate, A homogeneous mixture is produced. The density of compacts produced from such mixtures corresponds to approximately 30-70% of the theoretical value, depending on the applied pressure used, but sometimes reaches 90%. When produced by conventional batch pressing operations, such as using hydrometallurgical presses, such compacts have sufficient strength to give relatively high yields of acceptable product. However, in the case of continuous operation using a rotary press, it cannot be said that the compressed body can sufficiently withstand the accompanying pressurizing force conditions. SUMMARY OF THE INVENTION The present inventors have now discovered that compressed nuclear fuel bodies having relatively high tensile strength can be consistently produced. Moreover, such a result
It has been found that a moderate compression force of 20,000 pounds per square inch (1406 kg/cm 2 ) can be obtained. Furthermore, such compressed bodies have very high tensile strength or a unique combination of high tensile strength and substantial plasticity, so that they can be produced with high yields even in continuous operations involving the use of rotary presses. found. Moreover, these advantages are achieved without significant process complexity, increased product cost, or significant tradeoffs. In summary, the present invention provides a method for reacting nuclear fuel containing uranyl ammonium carbonate, uranyl ammonium bicarbonate, or uranyl ammonium carbamate with an amine under specific conditions, thereby making it more suitable than uranyl ammonium carbonate as a binder for particulate nuclear fuel material. The idea is to produce advantageous water-soluble uranyl compounds. Preferably, the amine described above is a polyfunctional primary amine and the reaction of the present invention involves contacting such amine with a particulate mixture of nuclear fuel material prepared as described in the aforementioned patent specification. This will be implemented by Considering that ammonia is liberated in each case in an amount approximately proportional to the amount of amine added, it is believed that the compound resulting from the above reaction is the amine corresponding to the original uranyl ammonium compound. In any case, the end result is a binder that is more effective for continuous production, for example by rotary press operations. Conditions favorable for such a reaction have been found to be standard conditions consisting of room temperature, normal humidity and atmospheric pressure. However, some heating may sometimes be preferable, particularly when the amine is a solid at room temperature or when the rate of ammonia release reaction is too slow. Furthermore, excess amine beyond that required to completely replace ammonia and produce a more effective binder can be detrimental to the tensile strength and plasticity of the resulting green compact of nuclear fuel material. It was also found that this could be the case. For example, in the example below, a compact obtained by adding a slight excess of ethylenediamine to a uranium dioxide powder containing uranyl ammonium carbonate is a compact of the same powder without amine addition. It showed only the same plasticity and tensile strength as the body. Generally speaking about the method aspects of the present invention, the method of the present invention provides a particulate form of a water-soluble uranyl compound that has substantially increased effectiveness as a binder by reacting the uranyl ammonium compound with an amine. The main step is to form the mixture in situ. This step precedes the step of press-molding the particulate mixture to form a compressed body for sintering having the size and shape of a nuclear fuel pellet. This process also involves contacting a liquid, solid, or gaseous amine with a particulate or powder mixture, such as a uniform distribution of uranyl ammonium carbonate or its equivalent on the surface of individual particles of nuclear fuel material. It consists of As mentioned above, the working conditions in this case are favorable for the ammonia substitution reaction. As a result, it is envisioned that at least 35% of the ammonia in the uranyl ammonium compound is liberated, and the uranyl ammonium compound itself is replaced by the amine. In accordance with the best practice of the invention, the amount of amine added is such that at the end of ammonia liberation, substantially no unreacted amine remains in the powder mixture. Similarly, speaking generally about the material composition aspect of the present invention, the particulate nuclear fuel material of the present invention is a nuclear fuel material containing a small amount of a water-soluble uranyl compound different from uranyl ammonium carbonate, uranyl ammonium bicarbonate, or uranyl ammonium carbamate. It consists of a powder mixture of Such a minor component serves as an excellent binder for the compact of the powder mixture and consists, for example, of the reaction product of uranyl ammonium carbonate with an amine and is present in a proportion of about 0.5 to 7%. It is also
As mentioned above, it is preferably derived from a polyfunctional primary amine or a mixture of two or more thereof. Next, I will briefly describe the product aspect of the present invention.
The products of the invention are made from particulate nuclear fuel material (e.g. UO 2 ) bound by small amounts of water-soluble uranyl compounds that are better binders than uranyl ammonium carbonate, uranyl ammonium bicarbonate or uranyl ammonium carbamate. It is a pellet-shaped unsintered compressed body consisting of As mentioned above, the compressed body preferably contains the water-soluble uranyl compound described above in a proportion of about 0.5 to 7%, and the water-soluble uranyl compound is preferably derived from a polyfunctional primary amine. . In accordance with the best practice of the present invention, as with the starting particulate nuclear fuel material, such compacted bodies will be substantially free of residual unreacted amine. The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In practicing the present invention, a UO 2 powder mixture containing uranyl ammonium carbonate is prepared as shown in the process diagram of FIG. In that case, uranyl ammonium carbonate is prepared in situ by contacting the powder with ammonia, carbon dioxide and water vapor under conditions favorable for the reaction to obtain the desired product uniformly distributed in the powder. It is preferable to generate The mixture thus obtained is referred to herein as "treated powder." Alternatively, the required content of binder can be obtained by adding finely divided ammonium bicarbonate and thoroughly mixing both powders, following the route indicated by the dotted line in the figure. After a period of up to 10 days, UO 2
A uranyl ammonium carbonate binder is obtained by reaction of the powder with added ammonium bicarbonate. That is, under standard temperature, pressure and humidity conditions (26°C, atmospheric pressure, 74% relative humidity) ammonium bicarbonate decomposes into ammonia, carbon dioxide and water vapor, which then react with UO2.
This produces uranyl ammonium carbonate on the surface of the UO 2 particles. In a step in the process, the mixture thus obtained is contacted with a suitable amine under conditions favorable for the reaction to replace the ammonia in the binder with the amine. This step is a new and major step in the process and is essential to consistently achieve the novel results and advantages described above. For such purposes it is preferred to use 1,3-diaminopropane. It can be added as a liquid or gas or even as a solid, but according to a preferred embodiment it is used as a liquid. When added as a solid, the amine may be frozen and ground into a fine powder, and then the two powders may be thoroughly mixed. As the temperature of the amine increases, the displacement reaction begins, as evidenced by the evolution of ammonia from the mixture. Alternatively, the amine can be vaporized and diffused into the powder, thereby reacting with the ammonium compound to liberate ammonia. Although polyfunctional primary amines are used alone according to the preferred embodiment of the invention, it is understood that other amines can be used and mixtures of amines are also suitable for the purposes of the invention. I want to be Similarly, although 1,3-diaminopropane is preferred, other amines may be preferred due to commercial availability or other practical reasons. Currently particularly preferred substitute amines include ethylenediamine, monomethylamine, 1,6-diaminohexane and 1,7-diaminoheptane. For most amines, the practitioner is free to choose the form in which they are used. However, in the case of monomethylamine, it is a gas at room temperature, so
Using an alternative method is not easy. Similarly, 1,
6-diaminohexane and 1,7-diaminoheptane are solid at room temperature, and therefore cannot be easily used as a gas. As shown by curves B and C in FIG. 2, 1,3-diaminopropane provides significantly better pellet properties. It also reacts rapidly under standard conditions to result in the displacement of ammonia, thereby treating the treated powder or UO 2 powder obtained from the selectable preliminary steps shown respectively by the solid and dotted lines in the process diagram of Figure 1. -Produces superior binder in an amount approximately proportional to the initial uranyl ammonium compound content of the binder mixture. The data shown by curves A, B and C represent powder mixtures in each case at 20 kpsi (1406 Kg/cm 3 ).
The tensile strength of each compressed body in the form of a standard nuclear fuel pellet was measured by conventional methods. More specifically, Curve B is a test of pellets made by treating the powder of Curve A according to the present invention to replace about 40-45% of the ammonia in the binder with 1,3-diaminopropane. It represents the data obtained at the time. Curve C also represents data obtained in tensile testing of pellets made from the powder of curve A by replacing 70-80% of the ammonia with the same amine. Curve A,
Comparing the results represented by B and C, it can be seen that replacing 75% ammonia according to the invention increases the tensile strength by a factor of 3 compared to the unsubstituted product of curve A; Replacement of ammonia increases the same properties more than twice. Furthermore,
The relative effectiveness of the amine reaction depends on the gas (CO 2 ,
The amount of ammonium bicarbonate that must be added to produce the same amount of uranyl ammonium carbonate as that produced by the NH 3 , H 2 O) treatment is slightly greater in the lower range of equivalent ammonium bicarbonate content. ing. processed in this way
Pellets made from UO 2 powder were tested up to 37 days after amine addition, and no changes in properties were observed, but no tests were conducted after that point. Please note that at the beginning of this process
Regarding the composition of the UO 2 powder and the method for its preparation, it is advantageous to follow the detailed description found in the Gallivan patent specifications, such as those mentioned above. The portions of this patent that address the above issues are incorporated herein by reference in their entirety. Furthermore, when referring to nuclear fuel materials, it should be understood that the terms and expressions used herein are as defined generally and in detail in the Gallivan patents, referenced above. EXAMPLES The following examples are provided to explain the novel features and advantages of the present invention in more detail, but the scope of the present invention is not limited thereby. Example 1 Ammonia, carbon dioxide, water vapor and oxygen in 500 g of UO 2 powder were flowed over a period of 20 hours.
Ambient conditions during such operations were maintained at a temperature of 26°C, humidity of 74%, and atmospheric pressure. Also, the gas flow rate is almost constant, and the values for ammonia, carbon dioxide, and oxygen are 0.12, 0.09, and 0.09, respectively.
It was 4.6/min. At the end of the above work, it was found that the weight of the powder had increased by 4.8% due to the formation of uranyl ammonium carbonate. The same amount of uranyl ammonium carbonate can be produced by adding 6.0% ammonium bicarbonate and aging for up to 10 days. Therefore, the equivalent ammonium bicarbonate content in this example is 6.0%. After storing the powder thus treated in a closed container for 2.5 months, the tensile strength of pellets made from the powder was estimated to be 200 psi (14 Kg/cm 3 ). This value was not actually measured in this example, but was obtained by actually measuring the tensile strength of pellets produced from the powder after similar treatment and ripening. Ethylenediamine vapor was then passed through the powder. That is, oxygen was passed through pure ethylenediamine at 22° C. at 1 part per minute, and then the oxygen was passed through 500 g of treated powder over a period of 3.5 hours. Thereafter, unreacted ethylenediamine was removed from the treated powder by flowing pure oxygen at 1 per minute for 5 minutes. It was found that after such (operation) the weight of the treated powder increased by 0.85%. The powder thus obtained was heated at 20 kpsi (1406
The tensile strength of the pellets produced by pressing at 333 psi (23.4 Kg/cm 3 ) was found to be 333 psi (23.4 Kg/cm 3 ). Example 2 Under conditions as described in Example 1, 1
Kg of UO2 powder was treated with ammonia, carbon dioxide, water vapor and oxygen for 18 hours. As a result, the weight of the treated powder increased by 3.6% and the pellets produced by pressing the treated powder at 20 kpsi (1406 Kg/cm 3 ) increased to 152 psi (10.7
It had a tensile strength of Kg/cm 3 ). Ethylenediamine vapor was passed through 200 g of the above treated powder using the same procedure as in Example 1 without aging. As a result, a weight increase of 1.23% was observed. Pellets of standard size and shape made by pressing the powder thus obtained at 20 kpsi had a tensile strength of about 366 psi (25.7 Kg/cm 3 ). The original UO 2 used in the two examples above
The powder (ie, untreated UO 2 powder) was pressed at 20 kpsi to yield pellets with a tensile strength of approximately 35 psi (2.5 Kg/cm 3 ). Therefore, as a result of the simultaneous treatment with ammonia, carbon dioxide, water vapor and oxygen, as well as the treatment with ethylenediamine, the tensile strength of the resulting green pellets was increased approximately 10 times. Example 3 As an experiment to test the usefulness of liquid amines in the process of the invention, 1/2 cm 3 of liquid ethylenediamine was added to 50 g of UO 2 powder prepared as described in Example 1. Each was added four times. When the mixture was vigorously stirred, ammonia gas evolution was observed, but this stopped within a few minutes. 0.86 mol of ammonia was liberated per 1 mol of ethylenediamine added. The resulting powder was pressure molded and measured in a conventional manner to yield 300 psi (21.1 psi).
A tensile strength exceeding Kg/cm 3 ) was observed. Example 4 To demonstrate that 1,3-diaminopropane is particularly useful in the process of the invention, liquid 1,3-diaminopropane is added to the UO 2 powder prepared as described in Example 1. An experiment was conducted in which . That is, as described in Example 2, 1,3-diaminopropane was added to 50 g of UO 2 powder in four 1/2 cm 3 portions. After 5 minutes, the reaction was complete as evidenced by the end of ammonia evolution. A test was conducted on a pellet-shaped compressed body produced by pressure-molding the mixture thus obtained at 20 kpsi (1406 Kg/cm 3 ). The results of these tests are shown in line 5 of Table B below. Example 5 A powder prepared as described in Example 1 was tested for changes in properties over time over a period of three weeks. The results thus obtained are shown in Table A below.

【表】 * f3は塑性の尺度であつて、ペレツトが破損
した後かつ加圧力を最大値の90%未満に低下
させる前にインストロン試験機の試験素子が
移動する距離(単位ミクロン)を表わす。 実施例 6 本発明の方法におけるその他のアミン類の有効
性および様々な割合の1,3―ジアミノプロパン
の有効性を試験するため、実施例1に記載のごと
くにして調製されたUO2粉末について試験を行つ
た。ただし、等価重炭酸アンモニウム含量を様々
に変化させた。かかる試験の結果を下記B表に示
すが、これらのデータは個々の処理を受けた粉末
から前述のごとくにして製造された圧縮体につい
てやはり前述のごとき引張試験および塑性試験を
行うことによつて得られたものである。やはりB
表から明らかな通り、添加した1,3―ジアミノ
プロパンの量と本発明の反応によつて置換された
アンモニアの量との間には直線的だが化学量論的
でない関係が存在する。なお、試験したアミン類
のいずれについても同様な直線性の存在が予想さ
れる。
[Table] * f3 is a measure of plasticity and is the distance (in microns) that the test element of the Instron testing machine moves after the pellet breaks and before the pressing force is reduced to less than 90% of the maximum value. represent Example 6 To test the effectiveness of other amines and various proportions of 1,3-diaminopropane in the process of the invention, UO 2 powder prepared as described in Example 1 was used. I conducted a test. However, the equivalent ammonium bicarbonate content was varied. The results of such tests are shown in Table B below, and these data were obtained by carrying out tensile tests and plasticity tests, also as described above, on compressed bodies produced as described above from the individually treated powders. This is what was obtained. As expected B
As is clear from the table, there is a linear but non-stoichiometric relationship between the amount of 1,3-diaminopropane added and the amount of ammonia displaced by the reaction of the invention. Note that similar linearity is expected for all of the amines tested.

【表】【table】

【表】 この実験において試験したアミン類は、本発明
の目的にとつて特に適する形態すなわち液体、気
体または固体の状態で使用された。詳しく言え
ば、モノメチルアミンは気体状で使用したのであ
つて、B表中の各試験において共通に使用した処
理粉末中に流された。1,7―ジアミノヘプタン
および1,6―ジアミノヘキサンは固体状で使用
したのであつて、粉末状態にしてから上記の処理
粉末と混合された。その他のアミン類は液体状で
使用したのであつて、前述のごとくにして上記の
処理粉末と混合された。 上記の実施例中に示された結果とりわけ実施例
6の結果からわかる通り、多官能性の第一アミン
類が本発明の実施に際して特に有利なことが明ら
かである。更にまた、迅速な反応をもたらしかつ
第2図に示されるような顕著に優れたペレツト特
性を与えるという理由から、1,3―ジアミノプ
ロパンは本発明における使用に恐らく最も適した
ものであるが了解されよう。 とはいえ、商業的な入手可能性の点で1,6―
ジアミノヘキサンの方が好適である場合もあり得
よう。この場合には、反応を完結させるためにあ
る程度の加熱(約60℃まで)が必要なこともあ
る。上記の一般的および詳細な説明並びに上記実
施例中に詳述された実験結果から理解される通
り、好適な実施態様に従えば多官能性の第一アミ
ン類が一般に使用される。しかしながら、単官能
性アミン類の使用、そしてまた本発明の新規な結
果および利点を一貫して与えるようなあらゆるア
ミン類の使用が意図されていることを了解すべき
である。更にまた、特にB表に示された結果から
理解される通り、1,3―ジアミノプロパン、
1,6―ジアミノヘキサン、1,7―ジアミノヘ
プタン、3,3―ジアミノジプロピルアミン、エ
チレンジアミンおよびそれらの混合物から成る群
より選ばれたアミンを使用することが特に好まし
い。その上、使用するアミンまたはアミン混合物
および使用する装置に応じ、かかるアミンを上記
の説明に従つて液体状、気体状または固体状で使
用し、そしていずれの場合にも本発明の目的を達
成することができるのである。 実施例 7 二酸化ウランの処理粉末中のアンモニアを完全
に除去するのに必要な量を越える過剰のアミンが
及ぼす効果を試験するため、0.0081モルの
(NH44UO2(CO33を含有する50gの処理粉末に
0.0401モルのエチレンジアミンを添加した。その
結果、0.0326モルのアンモニアが発生した。前述
のごとく1モルのエチレンジアミンの添加によつ
て0.86モルのアンモニアが遊離されるものとすれ
ば、0.0401モルのエチレンジアミンはアンモニア
を完全に除去するのに必要な量に比べて6%だけ
過剰であつた。こうして得られた粉末から上記の
ごとくにして製造されたペレツトについて試験を
行つたところ、引張強さは96psiであり、またf3
値はゼロであつた。 実施例7の結果からわかる通り、実際問題とし
ては、本発明方法の実施に際して処理粉末に添加
されるアミンの量はアンモニアを完全に除去する
のに必要な量の80〜90%を越えないようにすべき
である。アンモニアの除去率が100%に達するま
では圧縮体の特性の向上が得られるが、それ以上
にアミンを添加すると同じ特性の顕著な低下が見
られることがあるからである。 本明細書中で言う「核燃料物質」とは、前述の
ガリバンの特許明細書中において定義されたよう
な核燃料物質を指す。本発明の方法は、これら核
燃料物質それぞれ単独でも、ないしは混合物にも
等しく適用できる。ただし、かかる核燃料物質に
はたとえば炭酸ウラニルアンモニウムが含まれて
いて、本発明にしたがつてアミンによる置換反応
が起こり、その反応生成物が水溶性ウラニル化合
物であつて、この水溶性ウラニル化合物が粒状核
燃料物質に対する結合剤として作用し、炭酸ウラ
ニルアンモニウムよりも優れた効果を示す。 なお、本明細書中において百分率や割合が記載
される場合、それらはいずれも重量に基づくもの
である。
TABLE The amines tested in this experiment were used in forms particularly suitable for the purposes of the invention, ie liquid, gaseous or solid. Specifically, monomethylamine was used in gaseous form and was passed into the treated powder commonly used in each of the tests in Table B. 1,7-diaminoheptane and 1,6-diaminohexane were used in solid form and were reduced to a powder state and then mixed with the treated powder described above. Other amines were used in liquid form and were mixed with the treated powder as described above. As can be seen from the results shown in the Examples above, especially from Example 6, it is clear that polyfunctional primary amines are particularly advantageous in the practice of the present invention. Furthermore, it is understood that 1,3-diaminopropane is probably the most suitable for use in the present invention because it provides rapid reaction and provides significantly better pellet properties as shown in FIG. It will be. However, in terms of commercial availability, 1,6-
In some cases, diaminohexane may be more suitable. In this case, some heating (up to about 60°C) may be necessary to complete the reaction. As can be seen from the general and detailed descriptions above and the experimental results detailed in the examples above, polyfunctional primary amines are generally used in accordance with preferred embodiments. However, it should be understood that the use of monofunctional amines, and also any amines that consistently provide the novel results and advantages of the present invention, is contemplated. Furthermore, as understood from the results shown in Table B, 1,3-diaminopropane,
Particular preference is given to using amines selected from the group consisting of 1,6-diaminohexane, 1,7-diaminoheptane, 3,3-diaminodipropylamine, ethylenediamine and mixtures thereof. Furthermore, depending on the amine or amine mixture used and the equipment used, such amines can be used in liquid, gaseous or solid form in accordance with the above description and in each case achieve the objects of the invention. It is possible. Example 7 To test the effect of an excess of amine over the amount required to completely remove ammonia in a treated powder of uranium dioxide, 0.0081 mol of (NH 4 ) 4 UO 2 (CO 3 ) 3 was 50g of processed powder containing
0.0401 mole of ethylene diamine was added. As a result, 0.0326 mol of ammonia was generated. Assuming that 0.86 mole of ammonia is liberated by the addition of 1 mole of ethylenediamine as mentioned above, 0.0401 mole of ethylenediamine is in excess of 6% compared to the amount required to completely remove ammonia. Ta. Pellets prepared as described above from the powder thus obtained were tested and found to have a tensile strength of 96 psi and f 3
The value was zero. As can be seen from the results of Example 7, as a practical matter, the amount of amine added to the treated powder when carrying out the process of the invention should not exceed 80-90% of the amount required to completely remove ammonia. should be. This is because, although the properties of the compressed body can be improved until the ammonia removal rate reaches 100%, if amine is added beyond this point, a significant decrease in the same properties may be observed. As used herein, "nuclear fuel material" refers to nuclear fuel material as defined in the aforementioned Gallivan patent. The method of the present invention is equally applicable to each of these nuclear fuel materials alone or to a mixture thereof. However, such a nuclear fuel material contains, for example, uranyl ammonium carbonate, and according to the present invention, a substitution reaction with an amine occurs, and the reaction product is a water-soluble uranyl compound, and this water-soluble uranyl compound is formed into particulates. Acts as a binder for nuclear fuel materials and exhibits better effectiveness than uranyl ammonium carbonate. In addition, when percentages and ratios are described in this specification, they are all based on weight.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はUO2粉末を気体で処理することまたは
UO2粉末を重炭酸アンモニウムと混合することに
よつて高率のUO2粉末と混合された炭酸ウラニル
アンモニウムを得るための選択可能な予備工程を
含む本発明の方法を図解する工程系統図であり、
また第2図は20kpsiで加圧成形されたUO2粉末の
圧縮体の引張強さを本文中で定義されたような
UO2粉末の等価重炭酸アンモニウム含量に対して
プロツトしたグラフであつて、図中の3本の曲線
は未置換のアンモニウム化合物結合剤を含む粉末
混合物、炭酸ウラニルアンモニウム中のアンモニ
アの約45%をアミン反応によつて置換した同様の
粉末混合物、およびアンモニアを約75%まで置換
した同様の粉末混合物を示す。
Figure 1 shows the treatment of UO 2 powder with gas or
2 is a process diagram illustrating the method of the present invention including optional preliminary steps for obtaining uranyl ammonium carbonate mixed with a high percentage of UO 2 powder by mixing UO 2 powder with ammonium bicarbonate; FIG. ,
Figure 2 also shows the tensile strength of a compacted UO 2 powder compacted at 20kpsi as defined in the text.
A graph plotted against the equivalent ammonium bicarbonate content of UO 2 powder, where the three curves represent approximately 45% of the ammonia in uranyl ammonium carbonate, a powder mixture containing an unsubstituted ammonium compound binder. A similar powder mixture with displacement by amine reaction and a similar powder mixture with up to about 75% ammonia displacement are shown.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 核燃料物質からなる粒状混合物とウラニルア
ンモニウム化合物を加圧成形して未焼結の圧縮体
を形成する工程を含む、核燃料物質の未焼結圧縮
体の製造方法において、前記の加圧成形工程に先
立ち、前記ウラニルアンモニウム化合物をアミン
化合物と反応させることによつてアンモニアを排
除し、そして、前記混合物用の結合剤として水溶
性のウラニル化合物を前記混合物中に生成させる
工程が含まれることを特徴とする方法。 2 前記ウラニルアンモニウム化合物が炭酸ウラ
ニルアンモニウム,重炭酸ウラニルアンモニウム
又はカルバミン酸ウラニルアンモニウムである特
許請求の範囲第1項記載の方法。 3 前記アミン化合物が1,3―ジアミノプロパ
ン、1,6―ジアミノヘキサン、1,7―ジアミ
ノヘプタン、モノメチルアミン、エチレンジアミ
ンまたはそれらの混合物である特許請求の範囲第
1項記載の方法。 4 前記アミン化合物が1,3―ジアミノプロパ
ンである場合において、前記アミン化合物が液体
として前記混合物に添加され、そして前記混合物
全体にわたり前記核燃料物質の個々の粒子の表面
上に実質的に一様に分配される特許請求の範囲第
1項記載の方法。 5 前記アミン化合物が1,6―ジアミノヘキサ
ンである場合において、前記アミン化合物を微粉
状の固体として添加して粒子状の前記核燃料物質
と混合し、次いで得られた混合物を60℃まで約
1/2時間にわたり加熱して前記アミン化合物の
反応と水溶性のウラニル化合物の生成を促進する
特許請求の範囲第1項記載の方法。 6 気体状のエチレンジアミンを粒子状の前記核
燃料物質と接触させて前記ウラニルアンモニウム
化合物と反応させることによつて水溶性のウラニ
ル化合物が生成される特許請求の範囲第1項記載
の方法。 7 核燃料物質中にウラニルアンモニウム化合物
を混入して粒子状の混合物を調製し、この混合物
に対してアミン化合物を前記ウラニルアンモニウ
ム化合物の化学量論的当量より少ない比率で添加
する特許請求の範囲第1項記載の方法。 8 前記アミン化合物が前記ウラニルアンモニウ
ム化合物からアンモニアを完全に排除するのに必
要な量の約80%の割合で添加される特許請求の範
囲第7項記載の方法。 9 アミンと炭酸ウラニルアンモニウムとの反応
生成物である水溶性ウラニル化合物を少量ではあ
るが有効量にて含有する核燃料粒状物質からな
り、最終の焼結状態に至るまでの加工操作を通じ
てペレツトの一体性を維持するのに十分な引張強
さおよび塑性を持つたペレツトを成す未焼結圧縮
体製品。 10 残留ウラニルアンモニウム化合物を含有す
る特許請求の範囲第9項記載の未焼結圧縮体製
品。 11 未反応の残留アミン化合物を実質的に含有
しない特許請求の範囲第9項記載の未焼結圧縮体
製品。
[Scope of Claims] 1. A method for producing an unsintered compressed body of nuclear fuel material, comprising the step of press-molding a granular mixture of nuclear fuel material and a uranyl ammonium compound to form an unsintered compressed body, comprising: Prior to the pressure forming step, the uranyl ammonium compound is reacted with an amine compound to eliminate ammonia, and a water-soluble uranyl compound is formed in the mixture as a binder for the mixture. A method characterized by comprising: 2. The method according to claim 1, wherein the uranyl ammonium compound is uranyl ammonium carbonate, uranyl ammonium bicarbonate, or uranyl ammonium carbamate. 3. The method of claim 1, wherein the amine compound is 1,3-diaminopropane, 1,6-diaminohexane, 1,7-diaminoheptane, monomethylamine, ethylenediamine or a mixture thereof. 4. Where the amine compound is 1,3-diaminopropane, the amine compound is added to the mixture as a liquid and is applied substantially uniformly throughout the mixture onto the surfaces of individual particles of the nuclear fuel material. The method of claim 1 as distributed. 5. Where the amine compound is 1,6-diaminohexane, the amine compound is added as a finely divided solid and mixed with the particulate nuclear fuel material, and the resulting mixture is heated to 60° C. by about 1/2 2. The method of claim 1, wherein heating is performed for 2 hours to promote the reaction of the amine compound and the formation of the water-soluble uranyl compound. 6. The method of claim 1, wherein the water-soluble uranyl compound is produced by contacting gaseous ethylenediamine with the particulate nuclear fuel material and reacting with the uranyl ammonium compound. 7. Claim 1, in which a uranyl ammonium compound is mixed into a nuclear fuel material to prepare a particulate mixture, and an amine compound is added to the mixture in a ratio less than the stoichiometric equivalent of the uranyl ammonium compound. The method described in section. 8. The method of claim 7, wherein said amine compound is added at a rate of about 80% of the amount necessary to completely eliminate ammonia from said uranyl ammonium compound. 9 Consists of nuclear fuel particulate material containing a small but effective amount of a water-soluble uranyl compound, which is the reaction product of an amine and uranyl ammonium carbonate, and which maintains the integrity of the pellet through processing operations up to the final sintered state. A compacted green product formed into pellets with sufficient tensile strength and plasticity to maintain 10. The green compressed product according to claim 9, which contains a residual uranyl ammonium compound. 11. The unsintered compact product according to claim 9, which does not substantially contain unreacted residual amine compounds.
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